Сроки сращения переломов: Перелом костей — Официальный сайт ФГБУЗ КБ №85 ФМБА России

Вторая стадия называется стадией образования мягкой (или мостовидной) костной мозоли и длится 2-3 недели. Фибробласты внутри грануляционной гематомы откладывают фиброхрящевую и хрящевую ткань, которая образует слабый мост между фрагментами перелома.Продолжительность третьей стадии заживления перелома, стадии формирования твердой (или медуллярной) костной мозоли , зависит от анатомического места перелома и занимает от 6 до 12 недель. На этой стадии хрупкая мостиковая мозоль расширяется до твердой каллуса за счет отложения минералов. На последней стадии ремоделирования , которая может длиться до 5 лет после травмы, происходит адаптация кости по закону Вольфа. Этот закон объясняет, что в ответ на внешнюю нагрузку кость будет восстановлена ​​до своей первоначальной формы, включая резорбцию кости остеокластами и образование новой кости остеобластами.

В острой воспалительной реакции заживления переломов участвуют цитокины, такие как фактор некроза опухоли α (TNF- α ), интерлейкин-1 (IL-1) и интерлейкин-6 (IL-6). . TNF- α действует как провоспалительный медиатор и хемотаксический агент. Кроме того, он усиливает остеогенную дифференцировку мезенхимальных стволовых клеток (МСК) [2]. TNF- α достигает пика примерно через 24 часа и возвращается к исходному уровню примерно через 72 часа после травмы [3]. IL-1 продуцируется в острой фазе макрофагами в двухфазном режиме.ИЛ-1 индуцирует продукцию ИЛ-6 остеобластами, образование хрящевой каллуса и ангиогенез [2, 4, 5].

IL-6, который активен только в острой фазе, также усиливает ангиогенез, продукцию фактора роста эндотелия сосудов (VEGF-) и дифференциацию остеобластов и кластеров [6].

После черепно-мозговой травмы уровни цитокинов повышаются как в спинномозговой жидкости, так и в сыворотке крови. Хотя группа Косманна обнаружила примерно в 10-100 раз более высокий уровень посттравматических уровней ИЛ-6 и ИЛ-8 в спинномозговой жидкости по сравнению с плазмой [7-10], неясно, вызван ли этот градиент быстрым периферический метаболизм в печени [11] или изначально более высокая локальная продукция в микроглии, астроцитах и ​​макрофагах [10, 12].Кроме того, нет исследований, подтверждающих прямую корреляцию между повышенным уровнем цитокинов и улучшенным заживлением переломов или образованием костной мозоли.

Незаменимым для заживления переломов является привлечение скелетных стволовых клеток из окружающих тканей к месту перелома. Скелетные стволовые клетки — это мезенхимальные стволовые клетки, которые могут дифференцироваться в типы скелетных клеток, включая остеобласты, хондроциты, адипоциты, фибробласты и адвентициальные ретикулярные клетки [13].Эти скелетные стволовые клетки выполняют три основные функции: они функционируют как центры передачи сигналов, они обеспечивают поддерживающее микроокружение для гемопоэза, а также стабилизируют и поддерживают синусоидальную сеть в месте перелома. Хотя механизм рекрутирования этих клеток все еще неясен, недавнее мнение состоит в том, что фактор-1, производный стромальных клеток, и его ось CXCR-4 рецептора, связанного с G-белком (ось SDF-1 / CXCR-4), играют роль важная роль [14–16]. Другие концепции рекрутирования приписывают роль трансформирующему фактору роста- β (TGF- β ), костным морфогенетическим белкам (BMP), инсулиноподобному фактору роста-1 (IGF-1), клеточному ретинол-связывающему белку 1 ( CRBP-1), фактор, стимулирующий остеобласты (OSF-1), и индуцируемый гипоксией фактор-1 α (HIF-1 α ) [10].

Вслед за активностью МСК в месте перелома возникает другой иммунологический каскад, в котором суперсемейство трансформирующего фактора роста- β (TGF- β ), особенно TGF- β 2, TGF- β 3 , GDF-5, BMP-5 и BMP-6, по-видимому, участвуют [17, 18]. TGF- β стимулирует рост клеток остеобластического происхождения и действует как хемоаттрактант для остеобластов. Другой предполагаемой функцией TGF- β является увеличение эндогенной продукции морфогенов, таких как морфогенетические белки костей [19].Как члены суперсемейства TGF- β , три члена подсемейства BMP усиливают рост костей в периферических местах, то есть BMP-2, BMP-4 и OP-1 (ранее BMP-7) [20–22] . Работа Спектора и его коллег показывает, что эти три BMP экспрессируются как на ранних, так и на поздних стадиях заживления и ремоделирования кости, и как только сформировалась зрелая кость, концентрация BMP снова нормализуется [23].

Реваскуляризация места перелома и костной мозоли регулируется ангиопоэтин-зависимым путем, при котором первое прорастание сосудов происходит из существующих сосудов надкостницы.Однако основная часть реваскуляризации регулируется путем VEGF, который трансформирует бессосудистый хрящевой матрикс в васкуляризованную костную ткань [24]. При трансформации мягкой костной мозоли в твердую, семейство белков Wnt модулирует дифференцировку МСК в клон остеобластов, а затем и формирование остеобластов. Другой каскад иммунных факторов, таких как макрофагальный колониестимулирующий фактор (M-CSF), активатор рецептора ядерного фактора, лиганда каппа B (RANKL), остеопротегерин (OPG) и TNF- α , запускает резорбцию хряща и конверсия в кальцифицированной костной ткани [25].

Последняя стадия ремоделирования при заживлении перелома регулируется IL-1, TNF- α и некоторыми BMP, особенно BMP-2, а также давлением, прикладываемым к кристаллической среде [26].

4. Черепно-мозговая травма

Прогноз черепно-мозговой травмы зависит как от первичного, так и от вторичного повреждения головного мозга. В момент первоначального травматического воздействия на нейрокраниум и ткань головного мозга возникает первичная травма головного мозга, которая состоит из сотрясения мозга, ушиба, срезания, разрывов и растяжения аксонов [27].В случаях тяжелого первичного повреждения головного мозга, при котором происходит поражение нейронов, аксонов и клеток микроглии, уровень смертности очень высок.

Вследствие первичного повреждения отложенный комплексный иммунологический, биохимический и физиологический патомеханизм, который продолжается от нескольких дней до недель, приводит к вторичному повреждению головного мозга [27–29]. Это вторичное повреждение головного мозга является многофакторным процессом, который вызывается и находится под влиянием различных процессов, таких как эксайтотоксичность, воспаление, отек, гибель клеток, митохондриальное повреждение, истощение запасов магния, выработка свободных радикалов и повреждение гематоэнцефалического барьера [27, 28, 30].

4.1. Эксайтотоксичность

После первичного и вторичного повреждения головного мозга эксайтотоксичность возникает в результате разрушения нейронов, нагруженных возбуждающими нейротрансмиттерами [28, 31]. Из этих высвобождаемых нейротрансмиттеров глутамат является наиболее заметным нейромедиатором в головном мозге. Эта секреция глутамата начинается через несколько минут после первичной травмы, достигает пика примерно через 10 минут после травмы и остается увеличенной в течение нескольких дней [31]. Через этот разряд глутамата инициируется саморазрушающий каскад путем притока кальция, за которым следует перегрузка кальцием, что приводит к стимуляции кальций-зависимых ферментов, таких как протеазы, липазы и эндонуклеазы [27].

4.2. Воспаление

Обычно после травмы, классической или нейрогенной, следует каскад воспаления и нарушение регуляции иммунной системы, что отрицательно влияет на неврологическое повреждение [28]. Происходят цитотоксические и воспалительные явления с инфильтрацией лейкоцитов, макрофагов, лимфоцитов и естественных клеток-киллеров. Существует множество медиаторов, влияющих на воспалительный процесс после ЧМТ. Среди прочего, это компоненты комплемента, хемокины и цитокины [32].

Система комплемента активируется после ЧМТ за счет пассивной утечки через поврежденный ГЭБ или за счет внутримозгового синтеза [33–35]. В качестве «первой линии защиты» эта система способствует воспалению путем привлечения провоспалительных молекул, фагоцитоза, апоптоза и повреждения ГЭБ.

Другими важными провоспалительными модуляторами являются хемокины. Эти связывающие гепарин белки, которые продуцируются воспалительными клетками, способствуют проникновению лейкоцитов в травмированную ткань мозга и тем самым усиливают воспалительную реакцию после ЧМТ.

Существует также много цитокинов, которые играют провоспалительную роль в процессе после ЧМТ. В результате высвобождения нейропептидов из сенсорных нейронов в случае нейрогенного воспаления, экстравазации плазмы, вазодилатации и гиперчувствительности нейронов [36] наиболее заметными вовлеченными нейропептидами являются члены семейства брадикининов и тахикининов, из которых CGRP (ген кальцитонина) -связанный пептид) и вещество P являются наиболее заметными показателями [37].

Однако несколько исследований за последнее десятилетие приписывают двойную роль некоторым медиаторам, предполагая провоспалительный и противовоспалительный эффект в воспалительном процессе после ЧМТ.Эта двойная роль часто демонстрируется зависящими от времени провоспалительными и противовоспалительными характеристиками различных иммуномодуляторов, таких как IL-1, IL-6, TNF- α и хемокин (особенно фракталкин (CX ₃ ). CL ₁ )) [38–41].

Для TNF- α , который, по-видимому, синтезируется в самой ткани мозга в качестве эндогенного ответа на ЧМТ в первые несколько часов, такая двойная функция продемонстрирована в нескольких исследованиях [39, 41–43]. Эти исследования демонстрируют раннюю провоспалительную (1-2 дня) и позднюю противовоспалительную (2-4 недели) роль TNF- α .TNF- α увеличивает проницаемость сосудов, что приводит к набуханию ткани мозга и инфильтрации лейкоцитов. Он также вызывает некроз и апоптоз через внутриклеточные пути и активирует воспалительный медиатор анафилатоксин (C5a) в нейронах [44].

Важная роль в воспалении после ЧМТ отводится семейству интерлейкинов-1. IL-1 вызывает апоптоз нейронов и VEGF, важный медиатор для возникновения посттравматического отека. Точный эффект ИЛ-1, нейротоксический или нейропротекторный, зависит от среды, в которой находится этот цитокин.Кроме того, IL-18 повысил концентрацию в спинномозговой жидкости после TBI [45], и, ингибируя как IL-1, так и IL-18, вторичное повреждение головного мозга после TBI могло быть уменьшено [41]. Двойная роль семейства интерлейкинов показывает провоспалительную фазу в первые часы и дни после ЧМТ, за которой следует фаза репарации, продолжающаяся от нескольких дней до месяцев [46].

Также IL-6, который продуцируется нейронами и макрофагами сразу после ЧМТ (через 1 час после травмы), может способствовать воспалительной реакции, но также обладает противовоспалительным действием [42, 43].Эти противовоспалительные эффекты усиливаются способностью IL-6 ингибировать синтез TNF- α , индуцировать фактор роста нервов (NGF), способствовать выживанию и дифференцировке нейронов и противодействовать N -метил-D-аспартату. опосредованная токсичность [42]. Другим аспектом IL-6 как агониста VEGF является его способность усиливать ангиогенез и реваскуляризацию и тем самым способствовать восстановлению тканей мозга [47–50].

TGF- β , который увеличивается в первые дни после травмы, может продуцироваться практически всеми клетками центральной нервной системы (ЦНС).Этот фактор роста противодействует процессу воспаления, подавляя высвобождение ИЛ-1, TNF-, α , IFN-, γ (интерферон-, γ ), кислородных радикалов, экспрессии антигена MHC класса II, активации Т-клеток и пролиферация различных клеток [51–55]. Напротив, хемотаксическая функция TGF- β приводит к инвазии лейкоцитов и отложению внеклеточного матрикса (ECM) и образованию рубцовой ткани. Эти последние функции являются более провоспалительными [56, 57].

4.3. Отек

Хотя многие факторы влияют на заболеваемость и смертность, степень отека мозга, по-видимому, является главным предиктором функционального исхода после ЧМТ [37, 41, 58]. После ЧМТ выявляются две формы отека. Вазогенный отек, который вызывается экстравазией жидкости из сосудистой сети, возникает рано после травмы и связан с повышенной проницаемостью ГЭБ. Последующий цитотоксический отек возникает из-за осмотического сдвига внеклеточной жидкости во внутриклеточный компартмент.Последние формируются как нейротоксические свойства и составляют большую часть мозга после ЧМТ [37, 59]. Ключевыми игроками в развитии постинюрального отека являются аквапорины (AQP), матриксные металлопротеиназы (MMP) и вазоактивные агенты. Экспрессия нескольких AQP, которые являются интегральными мембранными белками, активируется после TBI и способствует формированию отека [60]. ММП представляют собой цинк-зависимые эндопептидазы, участвующие в процессе ремоделирования тканей после различных патологических состояний. Регуляция экспрессии ММР сложна, и в случаях нарушения регуляции, вызванного ЧМТ, инсультом или нейродегенерацией, выявляется синаптическая потеря и разрушение ГЭБ, что вызывает вазогенный отек и последующую гибель клеток [61–64].Наиболее важные вазоактивные агенты являются членами семейств брадикининов и тахикининов и образуются в процессе нейрогенного воспаления. В частности, считается, что вещество P усиливает образование отеков [37].

В случае образования посттравматического отека набухание клеток и паренхимы приводит к повышению внутричерепного давления (ВЧД) с последующим снижением церебрального перфузионного давления (ЦПД). Со временем может произойти грыжа ствола мозга [37].

4.4. Смерть клеток

Смерть клеток после ЧМТ происходит в первые 24 часа, прежде всего в результате некроза, при котором происходит набухание митохондрий и других органелл и последующая дегенерация мембран. В последующие дни гибель клеток также происходит через апоптоз, при котором происходит конденсация и фрагментация ДНК, сжатие клеток и окончательное образование апоптотических телец [65]. Еще одним осложняющим фактором является то, что ингибирование одного механизма гибели клеток может усугубить другой механизм гибели клеток и наоборот [66, 67].

Кроме того, помимо высвобождения множества провоспалительных модуляторов каскадом нейрогенного воспаления, как описано выше, апоптотические и некротические клетки высвобождают множество цитотоксических цитокинов, факторов роста и интерлейкинов, что приведет к порочному кругу воспаления и гибели клеток. которая может длиться месяцами после первоначальной травмы [41, 42, 68].

4.5. Повреждение митохондрий

Мозг и нервные ткани требуют большого количества энергии, и поэтому митохондрии имеют огромное значение для выживания этих тканей.Тяжелые повреждения митохондрий могут вызвать разрушительные изменения митохондриального дыхания, дыхательного сопряжения и производства энергии [69–71].

4.6. Истощение запасов магния

Универсальным аспектом повреждения центральной нервной системы (ЦНС) является уменьшение внутриклеточного свободного магния, который обычно играет решающую роль в нормальном функционировании клеток, регулируя многочисленные физиологические и биохимические процессы внутри клетки [72]. Магний является необходимым кофактором во всех реакциях производства и потребления энергии, и более 300 ферментов, участвующих в этих процессах, зависят от магния [27].Помимо этих эффектов на ферменты, на целостность плазматической мембраны и активность ионных каналов также влияет магний [73].

4.7. Производство свободных радикалов

В процессе окислительного метаболизма свободные радикалы образуются как обычные побочные продукты. Производство этих высокореактивных молекул значительно усиливается при травмах [74–76]. Белки, ДНК и липиды могут быть повреждены высокими концентрациями этих свободных радикалов, что приводит к гибели клеток через апоптоз [77].

4.8. Повреждение гематоэнцефалического барьера

Если ЧМТ высвобождает церебральный медиатор, влияющий на заживление костей, он должен пересечь гематоэнцефалический барьер (ГЭБ). ГЭБ образован нервно-сосудистой единицей, соединением цереброваскулярных эндотелиальных клеток, перицитов, астроцитов и базальной пластинки [78]. ГЭБ строго регулирует обмен веществ между плазмой и церебральным интерстицием [32]. После ЧМТ происходит двухфазное нарушение ГЭБ с повышенной проницаемостью вначале с максимумом через 4–6 ч после травмы, за которым следует временное восстановление и длительный период повышенной проницаемости [37, 79, 80].И маленькие, и большие молекулы способны преодолевать этот барьер внутри и вокруг места повреждения [81]. Восстановление ГЭБ длится примерно от 4 часов для больших молекул до примерно 4-7 дней для маленьких молекул [37, 81]. На проницаемость ГЭБ влияет множество факторов. Вначале нарушение вызвано механической силой, но в более позднем течении ЧМТ за влияние на ГЭБ отвечают другие медиаторы, такие как VEGF, ангиопоэтины, IL-1 β , IL-8, TNF- α. , активные формы кислорода, кинины, гистамины, оксид азота, эластаза и матриксная металлопротеиназа (ММП) [82–90].Кроме того, на эту проницаемость также влияет гипоксия после ЧМТ, в основном примерно через 6 часов после травмы, и она может задержать восстановление ГЭБ до 72 часов [91].

5. Обзор литературы

Когда мы рассматриваем все исследования по теме ЧМТ и заживления костей за последние десятилетия, более 50 различных клеток, гормонов, факторов роста, цитокинов, хемокинов и т.д. в нескольких случаях есть многообещающие результаты (таблица 1).

За последнее десятилетие было проведено 26 исследований по этой теме после публикации Морли и его коллег. Около 50% этих исследований [92–98, 101–107] находят доказательства повышенного образования костной мозоли в случаях сопутствующей ЧМТ; другие исследования неубедительны.

Есть только 7 из этих исследований, которые также постулируют возможный рабочий механизм этой корреляции. Это исследования, на которых мы остановимся в нашем обзоре (таблица 2).

5.1. Мезенхимальные стволовые клетки человека (hMSC)

Kanczler и Oreffo подчеркивают важность ангиогенеза в сочетании с остеогенезом для оптимизации роста костей [108].При заживлении перелома ангиогенез предшествует остеогенезу. Xiao и его коллеги показали, что стромальные стволовые клетки костного мозга (BMSCs) обладают возможностью экспрессировать как BMP-2, так и VEGF, и поэтому эти мезенхимальные стволовые клетки усиливают заживление переломов более явно по сравнению с добавлением какого-либо одного фактора [109]. Также Ямада и его коллеги подтверждают важность комбинации остеогенных и ангиогенных факторов в регенерации кости. Они обнаружили, что смесь богатой тромбоцитами плазмы и мезенхимальных стволовых клеток может вызвать лучшую регенерацию кости с хорошей васкуляризацией [110].В каскаде после переломов важную роль играют мезенхимальные стволовые клетки. Эти МСК происходят из костного мозга, надкостницы и т. Д. И возникают в случае перелома, чтобы мигрировать к месту перелома в ответ на BMPs, высвобождаемые из поврежденного костного матрикса [111, 112].

В месте перелома эти МСК продуцируют разные белки, и эти белки могут дифференцировать мезенхимальные стволовые клетки, в свою очередь, для ускорения процесса заживления перелома [23].

Как мультипотентные клетки, МСК могут дифференцироваться в разные мезенхимальные клоны, которые поддерживают формирование различных тканей, таких как кости, хрящи, жир, сухожилия, мышцы и строма костного мозга [110, 113].

Эта дифференциация происходит под влиянием разных факторов. Помимо белков, поступающих из мезенхимальных стволовых клеток, как описано выше, Боес и его коллеги предполагают влияние неизвестных факторов, выделяемых поврежденной тканью мозга, которые проявляют свой пролиферативный эффект, специфичный для мезенхимальных стволовых клеток [92]. В своем анализе in vitro они показали, что сыворотка крыс с переломом и сопутствующей ЧМТ стимулировала мультипотентную линию мезенхимальных стволовых клеток (C3h20T-клетки) для пролиферации на значительно более высоком уровне (), что привело к увеличению количества клеток на 76%. группу переломов / ЧМТ по сравнению с группой только переломов.Они также исследовали остеобластные (MC3T3-14-клетки) и фибробластные (NIH 3T3-клетки) линии клеток, но здесь они не обнаружили никакой разницы в скорости пролиферации [92]. Боес и его коллеги сравнили мозоль у крыс с переломом бедренной кости с сопутствующей ЧМТ и без сопутствующей ЧМТ. Было показано, что через 21 день костная мозоль в группе с ЧМТ и переломом уменьшилась в диаметре (), но она значительно жестче (0,306 Н / мм по сравнению с 0,120 Н / мм;), чем в группе только с переломом. Прочность на кручение была одинаковой в обеих группах (258.4 Нм по сравнению с 231,4 Нм; ) [92].

Группа Кадоша и Гаучи исследовала линию фетальных мезенхимальных стволовых клеток остеобластов человека (клетки hFOB1.19) на ранней стадии ее дифференцировки [94, 95]. В более раннем исследовании они увидели, что спинномозговая жидкость пациентов с черепно-мозговой травмой обладает остеоиндуктивным потенциалом, и поэтому ожидали, что любой остеоиндуктивный фактор в сыворотке крови пациентов с черепно-мозговой травмой будет оказывать стимулирующее действие на hFOB1.19 клеток in vitro [114, 115]. Этот потенциал достигает максимума уже через 6 часов после травмы, он остается на том же уровне в течение примерно 3 дней и снижается примерно через 1 неделю [94]. Они также наблюдали повышенную скорость пролиферации остеобластов, подвергшихся воздействию сывороток пациентов с ЧМТ в течение первой недели после травмы [94].

Временное окно этого эффекта, возможно, объясняется травматическим разрывом гематоэнцефалического барьера, что приводит к утечке спинномозговой жидкости и восстановлению гематоэнцефалического барьера примерно через 1 неделю.Еще одно объяснение снижения остеоиндуктивного потенциала через 1 неделю — снижение выработки остеогенных факторов поврежденным мозгом [94, 95].

Другим результатом, о котором сообщила группа Кадоша и Гаучи, была повышенная экспрессия гена маркера дифференцировки остеобластов в сыворотке крови пациентов с повреждением головного мозга, таких как ALP, CATK, RUNX-2, фактор, стимулирующий колонию макрофагов, и SP-7. [95, 116, 117].

В клинической части своего исследования Gautschi и его коллеги наблюдали в группе ЧМТ и переломов у 41 пациента.7% случаев, клинические и рентгенологические доказательства образования гипертрофической костной мозоли. Ни в одном из случаев в группе только с переломами не развилась гипертрофическая костная мозоль. Более того, Cadosch и его коллеги обнаружили положительную корреляцию между соотношением каллусов и пролиферацией клеток hFOB1.19. Напротив, они обнаружили обратную корреляцию между временем сращения перелома и соотношением каллусов, а также между шкалой комы Глазго (GCS) и соотношением каллусов [95].

В недавнем исследовании Янга и его коллег in vitro были отмечены повышенные уровни арахидоновой кислоты (АК) в сывороточных метаболитах крыс после ЧМТ.Они показали, что в присутствии арахидоновой кислоты на экспрессию и пролиферацию костного гамма-карбоксиглутаматного белка (BGLAP или остеокальцина) положительно влияет и, таким образом, увеличивается пролиферация линии остеобластических клеток мыши MC3T3-E1. Они предполагают ключевую роль арахидоновой кислоты в процессе усиленного образования каллуса у крыс с ЧМТ [98].

5.2. Лептин и CGRP

При метаболическом, воспалительном и нейроэндокринном стрессовом ответе, возникающем после ЧМТ, уровни лептина, гормона, полученного из жировой ткани, в сыворотке крови значительно повышаются [93].На уровень лептина также влияют различные цитокины и гормональные факторы, но точный путь того, как лептин влияет на формирование кости, полностью не изучен. Предполагается, что провоспалительный цитокин IL-1 быстро увеличивается после травмы головного мозга, и это может вызывать повышение уровня лептина в сыворотке [118, 119].

Более того, Wei и его коллеги [93] обнаружили положительную корреляцию между концентрацией лептина в сыворотке и объемом образования костной мозоли у пациентов с переломом и черепно-мозговой травмой.Лептин может влиять на метаболизм костей двумя путями. В первом центральном пути лептин проявляет свой антиостеогенный эффект за счет увеличения симпатической активности, контролируемой гипоталамусом. Во втором периферическом пути лептин оказывает противоположное действие и способствует минерализации костей и дифференцировке остеобластов в остеоциты [93]. Они предложили несколько путей повышения уровня лептина в сыворотке крови. Во-первых, мобилизация свободных жирных кислот в результате гиперметаболизма у пациентов с черепно-мозговой травмой приводит к повышению уровня лептина в сыворотке по механизму нейроэндокринной обратной связи [120].Во-вторых, гипоксия, вызванная респираторным дистресс-синдромом у взрослых или воспалительной реакцией легких у травмированных пациентов, увеличивает экспрессию лептина в адипоцитах [121]. Наконец, высвобождение костного мозга на концах перелома, содержащего в основном гемопоэтические клетки, индуцирует доставку лептина на тканевом уровне [122]. Кроме того, сложный нейроэндокринный воспалительный ответ после ЧМТ с высвобождением множества цитокинов и гормонов влияет на выработку и уровни лептина.

Wei и его коллеги показали, что концентрация лептина в сыворотке крови достигает значительного повышения уровня только с 4-й по 12-ю неделю после травмы.Это можно объяснить тем, что в остром посттравматическом периоде стрессовая реакция увеличивает симпатический отток, что снижает экспрессию лептина и секрецию адипоцитами. Секреция лептина адипоцитами также снижается из-за состояния натощак пациента с травмой в острой посттравматической стадии. После начального посттравматического периода периферический эффект увеличения лептина может перевесить симпатическое ингибирование лептина на формирование кости [123, 124].

Результаты Вэй и его коллег подтверждают концепцию Рейнера и Трейхурна в 2001 г. и Такеда и его коллег в 2002 г. о том, что повреждение гипоталамуса может привести к дополнительной периферической секреции лептина, что, в свою очередь, может ослабить антиостеогенные эффекты лептина через потеря симпатического ингибирования лептина, что способствует усиленной регенерации костей, наблюдаемой у крыс с переломами и ЧМТ [93].

В своей оценке образования костной мозоли Wei и его коллеги показали значительно увеличенный объем костной мозоли у крыс с ЧМТ и переломом по сравнению с крысами с переломом только с 4-й по 8-ю неделю после травмы. Это увеличение спадает через 12 недель после травмы, но при гистологическом анализе они все еще могут подтвердить образование более толстой пластинчатой ​​кости в группе с ЧМТ и переломом через 12 недель после травмы [93].

Другой возможный механизм действия лептина на заживление переломов — через пептид, связанный с геном кальцитонина (CGRP).Чжан и его коллеги [125] показали в 2011 году, что периферическое введение лептина облегчает повреждение головного мозга, вызванное травмой, за счет стимулирования экспрессии CGRP, улучшения регионального мозгового кровотока и уменьшения объема локального инфаркта и неврологического дефицита. Кроме того, лептин также стимулировал экспрессию bcl-2 и подавлял каспазу-3 in vivo и vitro после повреждения. Введение CGRP (8-37), антагониста рецептора CGRP, частично устраняет положительные эффекты лептина и восстанавливает нормальные уровни экспрессии bcl-2 и каспазы-3 в нейронах, что указывает на то, что лептино-индуцированная защита нейронов снижается. коррелировал с выпуском CGRP.

Результаты Сонг и его коллег показали in vivo значительно повышенную концентрацию CGRP у крыс с переломом бедренной кости и сопутствующей черепно-мозговой травмой. Эти концентрации были обнаружены как в мозговой ткани, так и в мышечной ткани, окружающей перелом. Они пришли к выводу, что существует взаимность между черепно-мозговой травмой и ускоренным заживлением переломов, и предположили, что CGRP продуцируется тканью мозга. Этот вывод был основан на наблюдении, что CGRP экспрессируется в коре головного мозга и вокруг места перелома в группе с ЧМТ и переломом, а не в группе только с переломом [97].

В своем микро-КТ-анализе образования костной мозоли они наблюдали значительное увеличение минеральной плотности костной ткани (BMD) и минерального содержания костной ткани (BMC) в новообразованной костной мозоли в группе с ЧМТ и переломами по сравнению с группой только с переломами в группе переломов. 4-я неделя после травмы. То же измерение на 8-й неделе после травмы показало, что BMD была безразличной, а BMC была значительно ниже в группе только с переломами по сравнению с группой TBI и переломов. По словам Сонга и его коллег, это свидетельствует о более раннем заживлении перелома в случаях сопутствующей ЧМТ [97].

В 2000 году Гарсиа-Кастеллано и его коллеги [126] уже подтвердили сильное влияние CGRP на ангиоэктазию капилляров, что, как обсуждалось ранее, чрезвычайно важно для ускорения образования кости. Согласно Zhang и соавторам [96] CGRP может выполнять эту гемангиэктазическую роль в месте перелома из-за аксоплазматического транспорта CGRP из центральной нервной системы.

6. Обсуждение

В течение многих лет врачи заявляют, исходя из своего клинического опыта, что образование костной мозоли / гетеротопическая оссификация и заживление переломов ускоряются у пациентов с сопутствующей черепно-мозговой травмой.Однако эти утверждения не основаны на убедительных доказательствах в соответствии с литературой, потому что уровень доказательств во всех этих клинических исследованиях не очень высок.

До обзора Morley et al. [1] в 2005 г. было проведено всего 5 клинических исследований, в которых были обнаружены доказательства усиленного образования костной мозоли у пациентов с ЧМТ. Эти исследования включали одно проспективное исследование [99] и 4 ретроспективных исследования [100, 127–129].

За последнее десятилетие было опубликовано шесть клинических исследований, в которых были обнаружены доказательства ускоренного образования костной мозоли или заживления перелома у пациентов с ЧМТ и сопутствующими переломами.Пять из них были проспективными исследованиями с подобранным контролем [94, 95, 98, 102, 103] со средней популяцией пациентов 65,2 (диапазон 28-86) пациентов, а одно исследование было ретроспективным исследованием с подобранным контролем [101] с популяция пациентов 67 пациентов.

В период до 2003 года было проведено 4 клинических исследования, которые возражали против этого клинического опыта, поскольку эти исследования не обнаружили значительных различий в формировании костной мозоли или заживлении переломов между пациентами с черепно-мозговой травмой и без нее.Из этих 4 исследований есть только одно проспективное исследование с подобранным контролем [130], но с 8 пациентами, что, скорее, представляет собой серию случаев. Остальные 3 исследования являются ретроспективными [131–133], из которых только одно исследование является сопоставимым контролем.

За последнее десятилетие не было опубликовано исследований, опровергающих это усиленное образование костной мозоли у пациентов с сопутствующей ЧМТ, но здесь необходимо учитывать предвзятость публикации.

Когда мы рассматриваем исследования, демонстрирующие механизм действия на усиленное образование костной мозоли у пациентов с сопутствующей ЧМТ, в последнее десятилетие можно выделить два основных направления.

Первое основное направление представлено в 4 [92, 94, 95, 98] из 7 рассмотренных статей и ставит в центр внимания мезенхимальные стволовые клетки / скелетные стволовые клетки человека.

В исследовании Boes et al. [92] исследовали взрослых крыс в возрасте 7–9 месяцев. Черепно-мозговую травму назначали, когда животные демонстрировали признаки нормального выздоровления после перенесенного перелома бедренной кости и последующего остеосинтеза, но время между нанесением двух повреждений не упоминалось.Тот факт, что ЧМТ и перелом не вводятся одновременно, как в случае с нормальными пациентами с травмой, может быть смешивающим фактором.

Биомеханический анализ и анализ пролиферации клеток in vitro были выполнены через 21 день после травмы. Этот момент времени является очень ранним, поскольку известно, что полное восстановление механических свойств сломанной бедренной кости у крыс занимает около 4 недель у молодых и около 12 недель у взрослых крыс [134]. Тем не менее, они уже обнаружили значительную повышенную жесткость места перелома в группе перелома и ЧМТ по сравнению с группой только с переломом.Вероятно, это могло бы быть еще более отчетливым на более поздней стадии заживления перелома. Boes et al. [92] пришли к выводу, что уменьшение диаметра костной мозоли в группе перелома и ЧМТ противоречит концепции о том, что ЧМТ увеличивает эндохондральную оссификацию, и они предполагают, что переломы уже перешли в фазу ремоделирования. Что касается ранней временной точки, в которую проводятся эти исследования, это, на наш взгляд, не противоречит вышеупомянутой концепции, поскольку заживление перелома еще не завершилось, а фаза ремоделирования, вероятно, еще не началась.

Кроме того, увеличение пролиферации линии мезенхимальных стволовых клеток C3h20 на 76% является впечатляющим результатом исследовательской группы, которая связывает это усиление с еще неизвестным растворимым фактором из поврежденной нервной ткани. Хотя группа Boes et al. [92] не смогли показать увеличенную пролиферацию более продвинутой линии остеобластических клеток (MC3T3-14), группа Yang et al. наблюдали повышенную пролиферацию более дифференцированной линии остеобластических клеток MC3T3-E1.Следует отметить, что анализ проводился с сывороткой крыс с ЧМТ, взятой только в один момент времени, то есть через 24 часа после травмы. В процессе заживления кости первые несколько дней в основном определяются фазой воспаления, в которой остеобласты могут играть второстепенную роль.

Результаты клинической части исследования Gautschi et al. [94] убедительны с> 40% образования гипертрофической костной мозоли в группе с ЧМТ и переломами по сравнению с группой только с переломами, хотя исследуемые группы довольно малочисленны (соотв.а также ). Они ссылаются на доклинические исследования Boes et al. [92], Mandelin et al. [116] и Camozzi et al. [117], в которых найдено доказательство наличия мозговых факторов с митогенным и остеогенным действием на стромальные стволовые клетки и молекулярных механизмов сывороток от пациентов с повреждениями головного мозга, которые опосредуют митогенный эффект на клетки-остеопрогениторы. Cadosch et al. подтверждают эти выводы, потому что они обнаруживают отрицательную линейную зависимость между соотношением GCS и каллуса на одном сайте и временем до сращения и соотношением каллуса на другом участке [95].Доказательство сокращения времени до сращения у пациентов с сопутствующей ЧМТ является решающим в отличие от многих других исследований, потому что время сращения было конечной точкой в ​​их исследовании и было определено двумя независимыми слепыми радиологами.

В своем анализе пролиферации клеток с первичными остеобластами человека они собрали остеобласты у 20 пациентов, у которых был проведен остеосинтез. В какое время были выполнены эти остеосинтеза и из какой группы были взяты эти образцы, не описано.Как следствие, остается неясным, стимулировались ли эти остеобласты в организме пациентов перед забором. Они также показывают, что остеоиндуктивный эффект сыворотки от пациентов с ЧМТ на линию hFOB-клеток увеличивается с 6 часов после травмы до 3 дней после травмы. Этот эффект исчезает примерно через 1 неделю. Это может означать, что этот эффект действует как триггер для усиленного образования костной мозоли. Пока не решено, начинается ли образование костной мозоли раньше или развивается с большей скоростью.

В другом исследовании Cadosch et al. [104], повышенная пролиферация длится еще дольше до последнего измерения через 168 ч после травмы.

Поскольку период наблюдения в обоих исследованиях длился только 1 неделю после травмы, неясно, вернется ли этот остеоиндуктивный эффект к нормальному уровню после этой недели или он будет иметь такие же колебания, как несколько цитокинов в их двойной функции, с дополнительным эффектом. позже в процессе заживления перелома. Тот факт, что нарушение ГЭБ длится около одной недели и, следовательно, утечка влияющих факторов, производимых поврежденной тканью мозга, будет продолжаться в течение этого периода, может быть подтверждением выводов Gautschi и Cadosch [94, 95, 104].

Gautschi et al. [94] демонстрируют интересный паттерн экспрессии маркеров остеобластов (щелочная фосфатаза (ALP), связанный с runt фактор транскрипции 2 (RUNX-2), катепсин K (CATK) и сериновая протеаза 7 (SP 7)), измеренный с помощью экспрессия мРНК в клетках hFOB. Экспрессия ALP и RUNX-2 значительно повышена в группе TBI и TBI и переломов по сравнению с группой только с переломами, а экспрессия SP 7 и CATK значительно повышена только в TBI и группе переломов по сравнению с TBI и переломами. только группа.Это может означать, что экспрессия SP 7 и CATK даже более специфична для взаимосвязи между TBI и улучшенным заживлением переломов, чем экспрессия ALP и RUNX.

Более того, тот факт, что результаты публикаций Gautschi и Cadosch [94, 95, 104] очень похожи, следует рассматривать с точки зрения того, что оба исследования принадлежат одной и той же группе исследователей.

Второй мейнстрим представлен Wei et al. [93], Zhang et al. [96], а также Ян и др. [106], и они сосредоточены на роли лептина и CGRP в заживлении переломов у пациентов с ЧМТ.

В исследовании Wei et al. [93], который связывает уровни лептина в сыворотке и экспрессию лептина в каллусных клетках с повышенным образованием костной мозоли, они предполагают связь между повреждением гипоталамуса и сниженным ингибированием периферической секреции лептина и повышенным образованием костной мозоли. Такое повышение уровня лептина достигается только через 4 недели после травмы. В отличие от исследований мезенхимальных стволовых клеток Cadosch и Gautschi [94, 95, 104], Wei et al. [93] продлили временной интервал их гистоморфологического и гистохимического анализа до 12 недель после травмы.Учитывая процесс заживления перелома у взрослых крыс, это лучше, чем период продолжительностью всего 1 неделя.

Zhang et al. [96] показали связь между повышенным уровнем лептина и повышенной экспрессией CGRP и его гемангиэктазической ролью в месте перелома.

Song et al. подтвердили эти результаты и нашли доказательства корреляции между повышенной тенденцией к заживлению переломов вследствие черепно-мозговой травмы и высоким CGRP. Они обнаружили более высокий уровень CGRP в головном мозге и мышцах крыс с черепно-мозговой травмой и предполагают, что этот CGRP продуцируется тканями мозга [97].

Согласно их анализу образования костной мозоли с помощью микро-КТ, Song et al. пришли к выводу, что у крыс с сопутствующей ЧМТ заживление перелома происходит раньше, чем в группе только с переломами. Это более раннее заживление появляется в их популяции примерно на 4-й неделе после травмы, и хотя эти эксперименты проводятся на взрослых крысах, это кажется слишком ранним для полностью развитого образования костной мозоли [134].

Еще одно важное открытие Zhang et al. заключается в том, что разные типы нервных повреждений по-разному влияют на заживление переломов.То есть повреждение периферического нерва в сочетании с переломами может замедлить процесс заживления, а повреждение центрального нерва в сочетании с переломами может ускорить скорость заживления. Эта повышенная скорость заживления, а также воспалительная реакция после повреждения центральной нервной системы более интенсивны и отчетливы для повреждений спинного мозга, чем повреждения головного мозга [68, 96], что может иметь значение для будущих исследований.

6.1. Перспективы на будущее

Основное доказательство ускоренного заживления переломов у пациентов с сопутствующей ЧМТ еще не подтверждено крупными проспективными клиническими исследованиями.Если это явление может быть доказано, возникает интересный вопрос, является ли этот механизм клеточным или гормональным.

Важным для будущих исследований является то, что временной ход активации медиатора после ЧМТ будет выяснен, как это сделано Доннелли и Поповичем для повреждения спинного мозга [68]. Поскольку остеоиндуктивная реакция после травмы спинного мозга более выражена по сравнению с реакцией после ЧМТ, было бы интересно посмотреть на ускоренное образование костной мозоли у пациентов с травмой спинного мозга.

В случае мезенхимальных / скелетных стволовых клеток, а также гормонального каскада, важно смотреть на колебания и влияние на процесс заживления перелома в течение более длительного периода, чем 1 неделя после травмы. Более того, идея о том, что усиленное образование костной мозоли у пациентов с переломами и сопутствующей ЧМТ является не чем иным, как формой гетеротопической оссификации, которая также поддерживается, но не подтверждается несколькими авторами и исследованиями последних десятилетий. Это также может быть интересной точкой отсчета для дальнейших исследований.

7. Выводы

В 2005 году Морли и его коллеги пришли к выводу, что в то время нельзя было ответить на вопрос, приводит ли черепно-мозговая травма к ускоренному сращению перелома. Сегодня, более чем через три десятилетия после первых публикаций по этому вопросу, все опубликованные после 2005 года статьи сходятся во мнении, что черепно-мозговая травма действительно ускоряет заживление переломов. Однако большая часть исследований по этой теме — это доклинические (in vitro / in vivo) исследования, которые действительно находят некоторые доказательства определенных механизмов, но клинические исследования с относительно небольшими популяциями до сих пор не могут подтвердить гипотезу ускоренного заживления переломов в пациенты с ЧМТ.Более того, в последнее десятилетие невозможно исключить возможность предвзятости публикации.

Более того, выяснение очень сложного механизма усиленного образования костной мозоли у пациентов с ЧМТ все еще находится в зачаточном состоянии. Также в последние годы очень мало раскрыто сложного механизма, посредством которого цитокины, хемокины, гормоны и факторы роста влияют на сигнальный путь, ведущий к ускоренному заживлению переломов.

Исследования, обсуждаемые в этом обзоре, показывают, что как сыворотка, так и спинномозговая жидкость (CSF) пациентов с переломами и сопутствующей ЧМТ обладают остеоиндуктивным потенциалом.В литературе также существует консенсус в отношении того, что эти остеоиндуктивные факторы высвобождаются из поврежденного мозга и распространяются по телу и в область перелома.

В литературе, опубликованной после обзора Morley et al., Есть два основных направления, которые приписывают ключевые роли в сложном механизме усиленного образования каллуса для мезенхимальных стволовых клеток с одной стороны и оси лептин-CGRP с другой стороны.

Тем не менее, поскольку образование костной мозоли происходит из сложного многофакторного каскада, возможно, что все описанные факторы играют свою роль в этом феномене.

По нашему мнению, в первую очередь эти результаты должны стать стимулом для разработки большого проспективного клинического исследования для подтверждения или опровержения гипотезы об ускоренном заживлении переломов у пациентов с сопутствующей ЧМТ. Исследование патофизиологической взаимосвязи между ЧМТ и образованием костной мозоли также должно быть разработано, чтобы выявить возможные пути этой предполагаемой принадлежности.

Аббревиатуры

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данной статьи.

Общие принципы лечения переломов: история вопроса, патофизиология, этиология

(PDF) Связь между временем инфузии золедроновой кислоты и заживлением перелома бедра

В исследовании HORIZON-RFT 2127 пациентов с переломом бедра

были рандомизированы на i.v. ZOL или плацебо и, следовательно,

предоставили возможность изучить влияние ZOL на

частоту отсроченного заживления перелома бедра в контролируемых условиях

. Поскольку субъекты получали свое лекарство в течение периода 90-

дней после восстановления перелома, мы также смогли изучить

влияние времени инфузии на исходы заживления перелома

. Другие сильные стороны исследования включают перспективное,

слепое решение о заживлении перелома.Мы не обнаружили повышенного риска замедленного заживления перелома

при применении ZOL, даже

, когда препарат вводился в течение 2 недель после первичного перелома бедра

. В то время как верхний 95% ДИ нашей оценки включает

возможность клинически важного повышенного риска

отсроченного заживления с ZOL (OR, 1,17; 95% CI, 0,72–1,90),

— большое и значительное преимущество ZOL как в вторичной

снижение переломов, так и смертность, вероятно, перевешивают эту меньшую вероятность повреждения

.С другой стороны, логистическая регрессионная модель

показала, что отсроченное заживление переломов на

значительно увеличилось у пациентов, получавших неселективные

НПВП, добавив новую информацию к этому спорному вопросу

.

У нашего исследования есть несколько ограничений. Во-первых, формы истории болезни

не были разработаны для отражения типа первоначального хирургического восстановления

, выполненного на указательном переломе бедра, и, таким образом,

, мы не смогли исключить из анализа тех, кто прошел артропластику бедра

.Это, вероятно, объясняет наблюдаемую нами на

более низкую частоту отсроченного заживления по сравнению с

с предыдущими сообщениями [9,14]. Во-вторых, не существует

общепринятых критериев для диагностики отсроченного заживления перелома бедра

, и существуют значительные различия в том, как хирурги-ортопеды

оценивают и контролируют заживление перелома

[29–31]. Таким образом, мы использовали комбинацию

клинических симптомов и рентгенологических данных для вынесения решения о

отсроченном заживлении с целью стандартизации диагноза

в различных исследовательских центрах.В-третьих, мы не оценили качество первичного хирургического вмешательства

из-за отсутствия утвержденной рейтинговой системы

[30]. Однако

различий в хирургическом восстановлении вряд ли повлияют на наши результаты, поскольку исследование было блочно-рандомизировано по

центрам, так что один хирург будет иметь равное количество

пациентов в группе вмешательства и в контрольной группе. и мы

скорректировали для географического региона, чтобы смягчить любые системные различия в периоперационном ведении.Аналогичным образом,

тип хирургического вмешательства был определен оперирующим хирургом

, который не знал о назначении лечения.

В-четвертых, наши данные не позволяют нам прокомментировать влияние

предыдущего, длительного использования бисфосфонатов на заживление переломов

, поскольку субъекты

ранее подвергались воздействию этих агентов или не имели их.

Таким образом, лечение ZOL после восстановления перелома бедра

не приводит к существенной задержке заживления перелома, даже

, когда препарат вводится в ближайшем послеоперационном периоде

.Пациентов можно лечить от остеопороза с помощью ежегодной инфузии

ZOL 5 мг после восстановления перелома бедра

без дополнительных осложнений и затрат в размере

отсроченного заживления перелома.

Благодарности Авторы благодарят Викранта Паллапоту (MSCD-

Индия, Новартис) и Холли Гилберт-Джонс (BioScience Communica-

) за их помощь в редактировании.

Конфликт интересов Д-р Колон-Эмерик работает консультантом в

Novartis и Amgen.Доктор Нордслеттен не имеет конфликта интересов. Доктор

Олсон не имеет конфликта интересов. У доктора Мейджора нет конфликта интересов

. Доктор Боонен получил финансирование исследований и консультационные услуги

от Novartis. Доктор Хентдженс не имеет конфликта интересов. Доктор

Мезенбринк является сотрудником Novartis и владеет акциями компании

. Доктор Магазинер работает консультантом в компаниях Novartis, Eli Lilly

и Amgen, а также имеет гранты на исследования от Novartis и Merck.Доктор

Адачи работает консультантом / советником для Amgen, Astra Zeneca, Eli

Lilly, Glaxo Smith Kline (GSK), Merck, Novartis, Nycomed, Pfizer,

Procter & Gamble, Roche, Sanofi-Aventis, Servier , Wyeth, Bristol-

Myers Squibb. Доктор Лайлс работает консультантом в Novartis, Procter &

Gamble, Merck, Amgen, Kirin Pharmaceutical, GTx, Lilly, GSK,

Bone Medical Ltd., Wyeth and Osteologix и получает поддержку исследований

от Novartis, Alliance. для улучшения здоровья костей и Amgen.

Доктор Хилдструп является консультантом компаний Novartis, Nycomed, Unilabs

и Amgen. Буччи-Рехтвег является сотрудником Novartis и владеет

акций компании. Доктор Рекнор работает консультантом / советником в

Roche, GSK, Lilly, Procter & Gamble, Merck, Novartis, Amgen, NPS

и Zelos.

Ссылки

1. Magaziner J, Lydick E, Hawkes W., Fox KM, Zimmerman SI,

Epstein RS, Hebel JR (1997) Избыточная смертность, связанная с переломом бедра

у белых женщин в возрасте 70 лет и старше.Am J Public

Health 87: 1630–1636

2. Melton LJ III (2003) Неблагоприятные исходы остеопоротических переломов

в общей популяции. J Bone Miner Res 18: 1139–1141

3. Колон-Эмерик С., Кучибхатла М., Пипер С., Хоукс В., Фредман

Л., Магазинер Дж., Циммерман С., Лайлс К.В. (2003). Перелом шейки бедра и риск последующих переломов: данные двух продольных исследований

. Osteoporos Int 14: 879–883

4. Лайлс К.В., Колон-Эмерик С.С., Магазинер JS, Адачи Дж.Д., Пипер

CF, Маутален С., Хилдструп Л., Рекнор С., Нордслеттен Л., Мур

КА, Лавеккья Zhang J, Mesenbrink P, Hodgson PK, Abrams

K, Orloff JJ, Horowitz Z, Eriksen EF, Boonen S (2007)

Золедроновая кислота и клинические переломы и смертность после перелома бедра

.N Engl J Med 357: 1799–1809

5. Fleisch H (2001) Можно ли давать бисфосфонаты пациентам с переломами

? J Bone Miner Res 16: 437–440

6. Odvina CV, Zerwekh JE, Rao DS, Maalouf N, Gottschalk FA, Pak

CY (2005) Сильно подавленный обмен костной ткани: потенциальное осложнение

терапии алендронатом. J Clin Endocrinol Metab

90: 1294–1301

7. Цао Й, Мори С., Машиба Т., Уэстмор М.С., Ма Л., Сато М.,

Акияма Т., Ши Л., Комацубара С., Миямото К., Норимацу Х

(2002) Ралоксифен, эстроген и алендронат по-разному влияют на процессы

заживления переломов у овариэктомированных крыс.